一种楼宇逃生自适应导向系统及其控制方法与流程

本发明涉及救生设备、救生装置或救生方法的技术领域，特别涉及一种楼宇逃生自适应导向系统及其控制方法。

背景技术：

在社会生活中，火灾已成为威胁公共安全，危害人民群众生命财产的一种多发性灾害。据统计，全世界每天发生火灾1万起左右，死2000多人，伤3000—4000人，每年火灾造成的直接财产损失达10多亿元，尤其是造成几十人、几百人死亡的特大恶性火灾不断发生，给国家和人民群众的生命财产造成了巨大的损失。

总结以往造成群死群伤及重大经济损失的特大火灾的教训，其中最根本的一点是要提高人们火场疏散与逃生的能力；一旦火灾降临，在浓烟毒气和烈焰包围下，不少人葬身火海，也有人死里逃生，面对滚滚浓烟和熊熊烈焰，只要冷静机智运用火场自救与逃生知识，就有极大可能拯救自己、拯救他人。

现有的楼宇内火灾中主要存在以下阻碍逃生的原因：

1.起火后带来大量烟雾，常规的楼宇内部的逃生指示标志分布分散、面积小、光线暗，无法正常完成指示的工作，逃生人员大多迷失在楼宇内，甚至容易因为看不清而发生踩踏事故；

2.楼宇内部的逃生通道狭窄，短时间内通过大量人员且视线较差时，容易延误逃生进程，错过最佳的逃生时间；

3.由于楼宇不同楼层、不同位置间的情况无法更新，逃生的过程中容易由于未知而发生逃生无法继续的情况，此时无法继续向下，而向上也会造成更多的伤害，进而将造成更大的损失。

技术实现要素：

本发明解决了现有技术中存在的问题，提供了一种优化楼宇逃生自适应导向系统及其控制方法。

本发明所采用的技术方案是，一种楼宇逃生自适应导向系统，所述系统包括：

楼宇基础库，用于配置楼宇基础信息，包括楼宇内部布局、楼宇出口；

配合所述楼宇设有指示灯系统，所述指示灯系统通过光度调节单元连接至控制器；

信息采集模块，用于采集现场信息和人员信息，与控制器配合设置。

优选地，所述楼宇内部布局包括若干楼层、连接楼层的通道、设于任一楼层和任一通道间的节点及配合设于各个节点的门。

优选地，所述各个节点的门通过可控开关与控制器配合设置。

优选地，所述信息采集模块包括主动采集模块和被动采集模块；

人员通过主动采集模块录入信息，获得最优规划路线；

所述被动采集模块包括红外探测仪、烟雾传感器、温度传感器和摄像头，通过控制器与指示灯系统联动；

所述现场信息包括：

生物体信息，由红外探测仪探测得到；

烟雾信息，由烟雾传感器获得信号；

温度信息，由温度传感器测得；

起火信息，由摄像头直接捕捉和/或由烟雾传感器及温度传感器组合判断得到。

一种所述的楼宇逃生自适应导向系统的控制方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：在楼宇基础库中录入楼宇基础信息，配置指示灯系统、光度调节单元和信息采集模块；

步骤2：信息采集模块开始工作，若信息采集模块采集到楼宇内的异常情况，则进行下一步，否则重复步骤2；

步骤3：基于主动采集模块和被动采集模块采集逃生信息，获得楼宇逃生的初态信息；

步骤4：基于终态信息，拟合最优逃生路线；

步骤5：完成优化后，控制器反馈数据至主动采集模块和被动采集模块，控制器基于反馈数据，以光度调节单元控制指示灯系统工作，针对在任一区域内的个人和生物体信息给出指示灯信息，引导逃生，对应逃生路径上的节点的门逐次开启。

优选地，所述步骤1包括以下步骤：

步骤1.1：在楼宇基础库中录入楼宇基础信息，获得楼宇中所有的楼层、连接楼层的通道、设于任一楼层和任一通道间的节点及配合设于各个节点的门的信息；

步骤1.2：基于楼宇的终端逃生出口，获得楼宇中所有位置至终端逃生出口的路径，同一楼层的任一位置以最近的节点进行聚类，得到对应当前楼层的任一节点的若干位置区域，获得路径集合；

步骤1.3：在楼层和通道中配置指示灯系统，配合指示灯系统设有光度调节单元；

步骤1.4：在楼层和通道中配置信息采集模块的被动采集模块；楼宇中人员配置主动采集模块。

优选地，所述步骤2中，异常情况包括：

楼宇内人员通过主动采集模块申报火灾信息；

烟雾传感器测得烟雾颗粒且烟雾浓度增长；

温度传感器测得任一区域温度高于楼宇内温度传感器测得的温度平均值；

摄像头拍摄的视频帧图像在提取特征信息后、由训练好的神经网络判定为起火；

主动采集模块申报的火灾信息结合被动采集模块反馈的信息完成异常情况的判定；

被动采集模块反馈的信息直接构成异常情况的判定。

优选地，所述步骤3中包括以下步骤：

步骤3.1：获得主动采集模块的上报信息和/或被动采集模块采集到的起火点信息，确认起火点位置，起火点为一个或多个；

步骤3.2：获得楼宇逃生的初态信息，所述初态信息包括主动上报个人位置的人员分布、红外探测仪探测得到的生物体分布、可正常开启的节点处的门的分布、当前风速。

优选地，所述步骤4包括以下步骤：

步骤4.1：确认终态信息，所述终态信息包括可以逃生的最终楼宇出口；设置目标函数；

步骤4.2：根据终态信息，对每个主动上报的个人和/或生物体进行聚类，为聚类后的每个群体规划若干条逃生路径；

步骤4.3：基于每个群体的群体规模计算当前群体在每个节点的预计通过时间，基于预计通过时间，计算每个群体在每条逃生路径中达到每个节点的预计时间；

步骤4.4：自当前可选逃生路径数量最少的群体开始遍历所有群体的所有逃生路径，若存在任意一个以上的群体将在同个时间段内通过同一节点，则保留当前可选逃生路径数量最少的群体的通过资格，对另外的1个或多个群体重新分配路线，直至遍历完成；

步骤4.5：当前目标函数是否为最小值，若是，则保留当前值，进行下一步，否则，排除当前方案，直接进行下一步；

步骤4.6：当前迭代次数是否为最大迭代次数，若是，输出，否则，迭代次数加1，返回步骤4.2。

优选地，完成逃生路径规划后，个人或生物体开始逃生，以节点处门开启的时间及时长对逃生群体进行计数；

若逃生路径上存在新的起火点，则可选地将最接近的节点处的门关闭，重新规划路线，返回步骤3。

本发明涉及一种优化的楼宇逃生自适应导向系统及其控制方法，在楼宇基础库中录入楼宇基础信息，配置楼宇基础信息，并配置指示灯系统、光度调节单元和信息采集模块，用于基于逃生信息以光度调节单元使得指示灯系统呈现不同的指示效果，而信息采集模块则可以采集到主动提出自身位置并获得被动可测得的信息，当信息采集模块采集到楼宇内的异常情况后，基于主动采集模块和被动采集模块采集逃生信息，获得楼宇逃生的初态信息，并基于终态信息拟合最优逃生路线；完成优化后，控制器反馈数据至主动采集模块和被动采集模块，控制器基于反馈数据，以光度调节单元控制指示灯系统工作，针对在任一区域内的个人和生物体信息给出指示灯信息，引导逃生，对应逃生路径上的节点的门逐次开启。

本发明具有以下有益效果：

1.通过光度调节单元和控制器的配合，使得不同的逃生人群获得不同的指示灯信息、指向不同的逃生路径，更好的指示逃生方向，逃生人员可以基于当前群体的逃生指示灯进行逃生，提高逃生成功率和速度；

2.避免在短时间内通过大量逃生人员，有效调整逃生进程、分配逃生路径，保证最佳的逃生时间；

3.可以基于最新的情况更新逃生路径，保证逃生人员的顺利逃出。

附图说明

图1为本发明楼宇逃生自适应导向系统框架示意图，其中，虚线箭头表示配置过程，实线箭头为控制及信息传输的方向。

图2为本发明楼宇逃生自适应导向系统步骤流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细描述，但本发明的保护范围并不限于此。

本发明涉及一种楼宇逃生自适应导向系统，所述系统包括：

楼宇基础库，用于配置楼宇基础信息，包括楼宇内部布局、楼宇出口；

所述楼宇内部布局包括若干楼层、连接楼层的通道、设于任一楼层和任一通道间的节点及配合设于各个节点的门。

所述各个节点的门通过可控开关与控制器配合设置。

配合所述楼宇设有指示灯系统，所述指示灯系统通过光度调节单元连接至控制器；

信息采集模块，用于采集现场信息和人员信息，与控制器配合设置。

所述信息采集模块包括主动采集模块和被动采集模块；

人员通过主动采集模块录入信息，获得最优规划路线；

所述被动采集模块包括红外探测仪、烟雾传感器、温度传感器和摄像头，通过控制器与指示灯系统联动；

所述现场信息包括：

生物体信息，由红外探测仪探测得到；

烟雾信息，由烟雾传感器获得信号；

温度信息，由温度传感器测得；

起火信息，由摄像头直接捕捉和/或由烟雾传感器及温度传感器组合判断得到。

本发明中，各个节点的门可以预设为开启或预设为关闭，事实上，在逃生过程中，应当对部分关闭的门设置为感应开启的形式，保证了既可以使得逃生人群正常逃生、亦避免了非规划内的人群企图通过此门逃生而打乱了逃生规划。

本发明中，楼宇中的指示灯可以设置在天花板等位置，一般为双向箭头，可以由单片机或其他控制方式控制其具体的显示效果，指向逃生方向；在实际的工作中，指示灯的亮度通过光度调节单元进行调节，一方面是告知逃生方向，而另一方面是在烟雾浓度变大的过程中逐渐变亮、保证指示灯的指示效果。

本发明中，人员通过主动采集模块录入信息，既可以是告知系统自己的位置、获得最优规划路线，也同时为上报火情，保证及时的上报和定位、逃生，但是主动上报的火情需要根据被动采集模块综合判定。

本发明中，对于楼宇内部无上报能力的生物体，由红外探测仪主动捕捉，并给予其逃生的指示。

本发明还涉及一种所述的楼宇逃生自适应导向系统的控制方法，所述方法包括以下步骤。

步骤1：在楼宇基础库中录入楼宇基础信息，配置指示灯系统、光度调节单元和信息采集模块。

所述步骤1包括以下步骤：

步骤1.1：在楼宇基础库中录入楼宇基础信息，获得楼宇中所有的楼层、连接楼层的通道、设于任一楼层和任一通道间的节点及配合设于各个节点的门的信息；

步骤1.2：基于楼宇的终端逃生出口，获得楼宇中所有位置至终端逃生出口的路径，同一楼层的任一位置以最近的节点进行聚类，得到对应当前楼层的任一节点的若干位置区域，获得路径集合；

步骤1.3：在楼层和通道中配置指示灯系统，配合指示灯系统设有光度调节单元；

步骤1.4：在楼层和通道中配置信息采集模块的被动采集模块；楼宇中人员配置主动采集模块。

本发明中，同一楼层中的逃生人员不一定为同一条逃生路线，在可以分配的情况下，可以将逃生人员基于不同的因素进行聚类，包括年龄、在楼层中的实际位置等。

步骤2：信息采集模块开始工作，若信息采集模块采集到楼宇内的异常情况，则进行下一步，否则重复步骤2。

所述步骤2中，异常情况包括：

楼宇内人员通过主动采集模块申报火灾信息；

烟雾传感器测得烟雾颗粒且烟雾浓度增长；

温度传感器测得任一区域温度高于楼宇内温度传感器测得的温度平均值；

摄像头拍摄的视频帧图像在提取特征信息后、由训练好的神经网络判定为起火；

主动采集模块申报的火灾信息结合被动采集模块反馈的信息完成异常情况的判定；

被动采集模块反馈的信息直接构成异常情况的判定。

本发明中，多种采集信息将交叉判定逃生的必要性，例如，当采集到烟雾浓度升高时，如果同时测得温度提升和/或摄像头拍到类似起火的画面，则需要进行逃生。

本发明中，训练好的神经网络可以利用任意现有技术中已经公开的判定起火图像的神经网络，通过采集现场视频帧图像、提取特征信息并输入后获得判断结果；此为本领域技术人员容易理解的内容，本领域技术人员可以依据需求自行设置。

步骤3：基于主动采集模块和被动采集模块采集逃生信息，获得楼宇逃生的初态信息。

所述步骤3中包括以下步骤：

步骤3.1：获得主动采集模块的上报信息和/或被动采集模块采集到的起火点信息，确认起火点位置，起火点为一个或多个；

步骤3.2：获得楼宇逃生的初态信息，所述初态信息包括主动上报个人位置的人员分布、红外探测仪探测得到的生物体分布、可正常开启的节点处的门的分布、当前风速。

本发明中，在楼宇逃生的初态信息中还需要增加风速的信息，当风速过大时，烟雾可能会发生倒灌，此时将会对路径的规划产生较大的影响。

步骤4：基于终态信息，拟合最优逃生路线。

所述步骤4包括以下步骤：

步骤4.1：确认终态信息，所述终态信息包括可以逃生的最终楼宇出口；设置目标函数；

步骤4.2：根据终态信息，对每个主动上报的个人和/或生物体进行聚类，为聚类后的每个群体规划若干条逃生路径；

步骤4.3：基于每个群体的群体规模计算当前群体在每个节点的预计通过时间，基于预计通过时间，计算每个群体在每条逃生路径中达到每个节点的预计时间；

逃生群体预计通过节点时间与预计到达节点的时间关系可表示为：

q(t)＝y(t) s(t)(1)

其中，q(t)为逃生群体预计通过节点的时间，s(t)表示群体中第一个人通过节点到最后一个人通过节点的时间，y(t)表示逃生群体预计到达节点的时间；

需要详细说明的是，q(t)为群体中最后一个人通过节点的时间，y(t)为群体中第一个人到达节点的时间。

逃生群体中第一个人通过节点到最后一个人通过节点的时间可表示为：

其中，n表示每个逃生群体的人数，l1表示逃生群体中第一个人与最后一个人的距离，vn表示逃生群体中每个人逃生的速度；

逃生群体预计到达节点的时间可表示为：

其中n表示每个逃生群体的人数，l2表示逃生群体中第一个人与节点的距离。

步骤4.4：自当前可选逃生路径数量最少的群体开始遍历所有群体的所有逃生路径，若存在任意一个以上的群体将在同个时间段内通过同一节点，则保留当前可选逃生路径数量最少的群体的通过资格，对另外的1个或多个群体重新分配路线，直至遍历完成；

步骤4.5：当前目标函数是否为最小值，若是，则保留当前值，进行下一步，否则，排除当前方案，直接进行下一步；

步骤4.6：当前迭代次数是否为最大迭代次数，若是，输出，否则，迭代次数加1，返回步骤4.2。

步骤5：完成优化后，控制器反馈数据至主动采集模块和被动采集模块，控制器基于反馈数据，以光度调节单元控制指示灯系统工作，针对在任一区域内的个人和生物体信息给出指示灯信息，引导逃生，对应逃生路径上的节点的门逐次开启。

完成逃生路径规划后，个人或生物体开始逃生，以节点处门开启的时间及时长对逃生群体进行计数；

若逃生路径上存在新的起火点，则可选地将最接近的节点处的门关闭，重新规划路线，返回步骤3。

本发明中，完成优化后，控制器反馈数据至主动采集模块和被动采集模块，确切地说，其后控制器基于主动采集模块和被动采集模块的反馈数据，以光度调节单元控制指示灯系统工作，针对在任一区域内的个人和生物体信息给出指示灯信息。

本发明中，楼宇内存在新的起火点时，根据群体所在楼层不同，可为任意群体规划不同的路径，任意群体逃生路径的数量可表示为：

其中，r为每个群体逃生路径的数量，r为整数，a为楼宇可逃生节点门数量，b1为检测到楼层的起火点，b2为检测到楼层新的起火点；

本发明中，当增加新的起火点或危险点时，可能导致某一条路径无法使用，此时初态更新，返回步骤3。

本发明中，为了更好的评估楼宇逃生群体的逃生效率，了解系统的运作效率，通过对楼宇每一层逃生群体通过节点门平均时间从而获得楼宇所有逃生群体的逃生的平均时间，以此作为评估逃生系统的效率高低。

楼宇每层楼逃生群体通过节点的时间平均值可表示为：

其中，n为逃生群体数,逃生群体以一个聚集人群为单位，qi(t)为楼层内逃生群体通过节点门的时间和。

楼宇所有楼层逃生时间的平均值可表示为:

其中，m为楼宇楼层数，fi(t)为楼宇每层楼逃生群体通过节点的时间均值之和。

本发明中，当存在新加入的逃生人员时，将其作为一个新的群体进行逃生，不主动影响其他逃生群体的正常逃生路径。

本发明在楼宇基础库中录入楼宇基础信息，配置楼宇基础信息，并配置指示灯系统、光度调节单元和信息采集模块，用于基于逃生信息以光度调节单元使得指示灯系统呈现不同的指示效果，而信息采集模块则可以采集到主动提出自身位置并获得被动可测得的信息，当信息采集模块采集到楼宇内的异常情况后，基于主动采集模块和被动采集模块采集逃生信息，获得楼宇逃生的初态信息，并基于终态信息拟合最优逃生路线；完成优化后，控制器反馈数据至主动采集模块和被动采集模块，控制器基于反馈数据，以光度调节单元控制指示灯系统工作，针对在任一区域内的个人和生物体信息给出指示灯信息，引导逃生，对应逃生路径上的节点的门逐次开启。

本发明通过光度调节单元和控制器的配合，使得不同的逃生人群获得不同的指示灯信息、指向不同的逃生路径，更好的指示逃生方向，逃生人员可以基于当前群体的逃生指示灯进行逃生，提高逃生成功率和速度；避免在短时间内通过大量逃生人员，有效调整逃生进程、分配逃生路径，保证最佳的逃生时间；可以基于最新的情况更新逃生路径，保证逃生人员的顺利逃出。

以上所述仅作为本发明的优选实施例，应当指出，上述实施例仅作为示例说明本发明的步骤及其效果，示例性的实施例可以以多种形式实施，对于本领域的普通技术的人员来说，在不违背本发明的精神及范畴下，还可以做出若干改进及润饰，这些改进及润饰也应视为本发明的保护范围。